CN112126816A

CN112126816A - 一种耐腐蚀稀土铜合金

Info

Publication number: CN112126816A
Application number: CN202011133607.9A
Authority: CN
Inventors: 饶昕
Original assignee: Mianyang Shengyuan Alloy Manufacturing Co ltd
Current assignee: Mianyang Shengyuan Alloy Manufacturing Co ltd
Priority date: 2020-10-21
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2020-12-25

Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀稀土铜合金，属于铜合金领域，该合金采用包括如下质量百分比的组分制备而成：70‑75%Cu，2.0‑4.0%Al，3.0‑3.5%Ni，0.2‑1.8%Si，0.002‑0.060%Zr，0.5‑0.8%Re，1.6‑2.0%Cr，0.5‑1.5%Fe，2.5‑3.0%Mn，余量为Zn和不可避免的杂质。本申请中，控制杂质S含量≤0.02%，P含量≤0.02%。本申请所制备的耐腐蚀稀土铜合金导热性能优异，强度高，耐腐蚀性能好，物理性能优异。同时，本申请的铜合金易于加工，能够广泛应用于机械加工、硬质合金等领域，具有很好的实际应用价值。测试结果表明，相较于的普通铜合金，本申请的耐腐蚀稀土铜合金的抗拉强度提高幅度达35%以上，耐腐蚀性提高50%以上。

Description

一种耐腐蚀稀土铜合金

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其是稀土合金领域，具体为一种耐腐蚀稀土铜合金。

背景技术

铜作为一种常用有色金属，其应用范围广，在社会经济发展中具有重要的作用，已被广泛应用于机械、化工、军事、建筑等诸多领域。纯铜呈紫红色，又称紫铜，具有优良的导电性、导热性、延展性和耐蚀性。

而铜合金则是以纯铜为基体，加入一种或几种其他元素所构成的合金。铜合金具有化学稳定性强，易熔接，热导率和电导率高，抗张强度大，塑性和延展性能优异等优点。基于铜合金的优异性能，其是我国用量仅次于铝合金的第二大消费有色金属。但铜合金的抗腐蚀性能较差，其在较恶劣的环境中会迅速失效。

针对铜合金抗腐蚀性能较差的问题，人们进行了研究。例如，中国专利申请CN2005101328071公开了一种无磁性耐腐蚀铜合金材料，按重量百分比计，该合金成分为Ni0.05～2wt％，Al8～15wt％，Zn0.5～8wt％，Sn1～10wt％，余量为Cu。中国专利申请CN2015101533760公开了一种耐盐水腐蚀的铜合金及制备工艺，其包括以下步骤：①在1100-1250℃熔化电解铜，木炭覆盖，隔绝空气；电解铜中铜含量在99.90- 99.99％；②加入铜磷中间合金，进行预脱氧；③加入铜钇中间合金，电磁搅拌；铜钇中间合金中钇含量在8-12％；④浇铸到预热过的铁模中，得到铜合金铸锭；铜液在浇铸前要静置20-40分钟；所述预热为200-400℃预热0.5-1小时；所得耐盐水腐蚀的铜合金，按重量百分数计，包括磷0.01-0.05％，钇0.001-0.1％，杂质含量小于1％，余量为铜。

目前，对于耐腐蚀的铜合金研究较少。为此，发明人提供一种耐腐蚀稀土铜合金，以满足实际应用的需要。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种耐腐蚀稀土铜合金。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种耐腐蚀稀土铜合金，包括如下质量百分比的组分：

Cu 70-75%，

Al 2.0-4.0%，

Ni 3.0-3.5%，

Si 0.2-1.8%，

Zr 0.002-0.060%，

Re 0.5-0.8%，

Cr 1.6-2.0%，

Fe 0.5-1.5%，

Mn 2.5-3.0%，

余量为Zn和不可避免的杂质。

控制杂质S含量≤0.02%，P含量≤0.02%。

包括如下质量百分比的组分：

Cu 72-74%，

Al 2.0-4.0%，

Ni 3.0-3.4%，

Si 1.0-1.5%，

Zr 0.010-0.030%，

Re 0.5-0.8%，

Cr 1.7-1.8%，

Fe 0.8-1.0%，

Mn 2.6-2.8%，

余量为Zn和不可避免的杂质。

控制杂质S含量≤0.01%，控制杂质P含量≤0.01%。

前述耐腐蚀稀土铜合金的制备方法，包括如下步骤：

（1）以金属Cu、金属Al、AlNi合金、AlSi合金、Zr添加剂、稀土Re、Cr添加剂、Fe添加剂、Mn添加剂、金属Zn为原料，按配比称取各组分，备用；

（2）先将称取的金属Cu分置于反应器中，并升温至1150~1200℃，至金属Cu熔化后，再向其中加入金属Al、AlNi合金、AlSi合金、Zr添加剂、Cr添加剂、Fe添加剂、Mn添加剂，搅拌混合均匀后，得到第一中间液；再向第一中间液中加入金属Zn，得到第二中间液；将第二中间液降温至980~1050℃，再向其中加入稀土Re进行变质细化处理，均匀搅拌后，得到第三中间液；再向第三中间液中加入除气剂、除渣剂，进行除气、除渣处理，均匀搅拌后，静置10-15min，即可浇注，浇注成型后即得产品。

所述反应器为中频熔炼炉、高频感应炉、超音频感应炉中的一种。

将本申请的耐腐蚀稀土铜合金用于电气接插件外壳。

针对前述问题，本申请提供一种耐腐蚀稀土铜合金及其制备方法。该合金采用包括如下质量百分比的组分制备而成：70-75%Cu，2.0-4.0%Al，3.0-3.5%Ni，0.2-1.8%Si，0.002-0.060%Zr，0.5-0.8%Re，1.6-2.0%Cr，0.5-1.5%Fe，2.5-3.0%Mn，余量为Zn和不可避免的杂质。本申请中，控制杂质S含量≤0.02%，P含量≤0.02%。

本申请中，以铜为基体，而镍与铜可无限互溶，有利于形成铜镍固溶体，镍的加入有利于提升所制备铸造合金的耐腐蚀性能，防止“缓冷脆性”的发生，扩大相区，提升合金整体的硬度、热稳定性和强度。铁主要作为伴生元素加入，一方面可降低镍的用量，降低合金的成本；另一方面，向Cu-Ni合金中加入铁，有利于晶粒细化，并和镍、铝等元素形成金属化合物而析出，进而提升合金整体的耐冲击和耐腐蚀性能（有研究认为，这是由于Fe能进入到含有缺陷的Cu₂O点阵中，并由此增加了腐蚀产物膜的阳极和阴极阻力）。硅的加入有利于在合金的表面形成较致密与完整的SiO₂保护膜，该保护膜具有很高的电阻率和较高的化学稳定性，能够使合金在酸性环境中处于钝化态，即提高合金酸性环境下的耐腐蚀性能。同时，铁与硅相互协同，有利于提升合金整体在液体环境下的钝化作用。进一步，硅用于本申请的合金中能细化晶粒，产生细晶强化的效果，提升合金的耐热性能。本申请中，通过控制硅的添加量，在避免铸造合金脆性增加的前提下，提升合金的耐腐蚀性能。铬用于本申请中，一方面有利于改善合金在氧化性腐蚀介质中的耐腐蚀性能，另一方面有利于提升合金的抗高温氧化性能；更具体地，铬用于本申请中，能形成含铬固溶体，或通过时效形成铬质点强化合金，起到强化合金耐腐蚀性能的作用。而Mn元素的加入，则能有效提升合金的耐腐蚀、抗磨性能，具有较好的提升效果。

本申请中，锆与铝之间能形成有限固溶体，锆与铁之间能形成无限固溶体。锆的添加会引起晶格畸变，这些缺陷会导致在形核过程中，形核点增多，形核的密度增加，起到晶粒细化到作用；同时，锆对细化凝固组织也有良好的效果，少量硅的添加不易产生化合物相，在固溶体中容易在位错处偏聚，阻止位错运动，提升合金强度。本申请中，通过添加锆，不仅可以通过固溶强化、细晶强化机制提升合金的力学性能，优化合金显微组织，增强合金的耐腐蚀性能，还能适当降低合金相转变温度。另外，镍与铁之间易于形成无限固溶体，铜与铝、铜与锌之间易于形成有限固溶体；通过固溶体的形成，晶粒的细化，进而实现改善合金性能的目的。

本申请中，稀土元素铼能与铜合金中的有害元素相作用，形成低熔点较高的化合物，并抑制这些夹杂在晶界上的偏析，起到净化作用。另外，实验结果表明，铼的添加还能提升铸造合金的耐腐蚀性能。稀土元素的添加可以净化合金液、抑制和去除有害元素偏析，细化晶粒、改善夹杂。其中，稀土极易生成稀土的氧硫化合物，形成复合夹杂物或稀土硅酸盐化合物，它们的熔点高且非常稳定，可以控制夹杂物的形貌。进一步，铼的添加能改善合金熔液的流动性，并减少偏析和热裂纹等铸造缺陷，增强合金的导热性能和力学性能，从而提高合金的抗腐蚀性能。

进一步，本申请还提供前述耐腐蚀稀土铜合金的制备方法，其分别以金属Cu、金属Al、AlNi合金、AlSi合金、Zr添加剂、稀土Re、Cr添加剂、Fe添加剂、Mn添加剂、金属Zn为原料；先将Cu升温至1150~1200℃，形成金属铜溶液，而后向金属铜溶液中加入金属Al、AlNi合金、AlSi合金、Zr添加剂、Cr添加剂、Fe添加剂、Mn添加剂，搅拌混合均匀后，得到第一中间液；再向第一中间液中加入金属Zn，搅拌混合均匀后，得到第二中间液；将第二中间液降温至980~1050℃，再向其中加入稀土Re进行变质细化处理，搅拌混合均匀后，得到第三中间液；再向第三中间液中加入除气剂、除渣剂，进行除气、除渣处理，搅拌混合均匀后，静置10-15min，即可浇注，浇注成型后即得产品。本发明避免了单质金属Si、金属Ni等的采用，这有利于降低熔炼温度，节约能源，具有较好的效果。同时，基于反应条件的控制，P、S等有害元素的含量得到有效控制，有利于保证材料的力学性能，减少金相之间的腐蚀。进一步，在外在腐蚀环境下，合金内的固溶铬、铝、硅、锆优先腐蚀，在合金表面形成致密混合氧化物保护膜，有效阻止腐蚀过程的进一步进行，合金在多种腐蚀介质中的耐腐蚀性能均得到提升。

综上，本申请所制备的耐腐蚀稀土铜合金导热性能优异，强度高，耐腐蚀性能好，物理性能优异。同时，本申请的铜合金易于加工，能够广泛应用于机械加工、硬质合金等领域，具有很好的实际应用价值。本申请部分样品如图1、图2、图3所示。测试结果表明，相较于普通铜合金，本申请的耐腐蚀稀土铜合金的抗拉强度提高幅度达35%以上，耐腐蚀性提高50%以上。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本申请制备的样品一。

图2为本申请制备的样品二。

图3为本申请制备的样品三。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

（一）实施例

本申请实施例1~6的各组分质量比如下表1所示。

表1 组分配比（各组分为质量比，单位为wt%）

本实施例中，耐腐蚀稀土铜合金的制备步骤如下。

（1）以金属Cu、金属Al、AlNi合金、AlSi合金、Zr添加剂、稀土Re、Cr添加剂、Fe添加剂、Mn添加剂、金属Zn为原料，按配比称取各组分，备用。

（2）先将称取的金属Cu分置于反应器中，并升温至1150~1200℃，至金属Cu熔化后，再向其中加入金属Al、AlNi合金、AlSi合金、Zr添加剂、Cr添加剂、Fe添加剂、Mn添加剂，搅拌混合均匀后，得到第一中间液；再向第一中间液中加入金属Zn，搅拌混合均匀后，得到第二中间液；将第二中间液降温至980~1050℃，再向其中加入稀土Re进行变质细化处理，搅拌混合均匀后，得到第三中间液；再向第三中间液中加入除气剂、除渣剂，进行除气、除渣处理，均匀搅拌后，静置10-15min，即可浇注，浇注成型后即得产品。

本实施例中，AlNi合金、AlSi合金、Zr添加剂、Cr添加剂、Fe添加剂、Mn添加剂均为市售产品。其中，AlNi合金内的Ni含量为75%或80%。

（二）实验测定

1、盐雾腐蚀实验

取C86700铜合金为参照组，将实施例1-6制备的铜合金、C86700铜合金分别加工成50mm×25mm×2mm的试件，再进行除油和除锈处理，并清洗和干燥，备用。使用YWX/Q-010B盐雾腐蚀箱作为实验设备，并参照GB/T 10125-2012 人造气氛腐蚀试验盐雾试验进行大气腐蚀环境模拟实验。每个实验重复六次，取平均值。

将实施例1-6、参照组提供的试件悬挂在YWX/Q-010B盐雾腐蚀箱内，并将实验设备调节至温度为50±1℃、pH值为3.0-3.1，再利用浓度为5±0.5％NaCl溶液连续向试件喷洒，并记录(6h、24h、48h、72h)后，各试件的失重率，实验结果如表2所示。

2、拉伸实验

室温拉伸实验按照国标GB/T 228.1-2010 金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法，拉伸实验在css-44100电子试验机上进行，拉伸速度为2mm/min。每个实验重复六次，取平均值，实验结果如表2所示。

3、实验结果

表2中，6h、24h、48h、72h分别表示连续向试件喷洒NaCl溶液6h、24h、48h、72h后试件的失重率(v/mg.cm²)。

表2 实验测定结果

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种耐腐蚀稀土铜合金，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：

Cu 70-75%，

Al 2.0-4.0%，

Ni 3.0-3.5%，

Si 0.2-1.8%，

Zr 0.002-0.060%，

Re 0.5-0.8%，

Cr 1.6-2.0%，

Fe 0.5-1.5%，

Mn 2.5-3.0%，

余量为Zn和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述耐腐蚀稀土铜合金，其特征在于，控制杂质S含量≤0.02%，P含量≤0.02%。

3.根据权利要求1~2任一项所述耐腐蚀稀土铜合金，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：

Cu 72-74%，

Al 2.0-4.0%，

Ni 3.0-3.4%，

Si 1.0-1.5%，

Zr 0.010-0.030%，

Re 0.5-0.8%，

Cr 1.7-1.8%，

Fe 0.8-1.0%，

Mn 2.6-2.8%，

余量为Zn和不可避免的杂质。

4.根据权利要求3所述耐腐蚀稀土铜合金，其特征在于，控制杂质S含量≤0.01%，控制杂质P含量≤0.01%。

5.根据权利要求1~4任一项所述耐腐蚀稀土铜合金，其特征在于，该铜合金采用包括如下步骤的方法制备而成：

6.根据权利要求5所述耐腐蚀稀土铜合金，其特征在于，所述反应器为中频熔炼炉、高频感应炉、超音频感应炉中的一种。

7.根据权利要求1~6任一项所述耐腐蚀稀土铜合金，其特征在于，将本申请的耐腐蚀稀土铜合金用于电气接插件外壳。